Eine hybridelektrische Cessna 337, die für Charterflüge zwischen den Inseln vorgesehen ist, hob nach dem Rollen von einer Startbahn in Südkalifornien erfolgreich ab. Das Flugzeug verfügt über einen konventionellen Benzinmotor im Bug und einen Elektromotor im Heck, der mit einem experimentellen SiC-Wechselrichter (Motorantrieb) der UA Power Group ausgestattet ist. Flugtestergebnisse aus dem Jahr 2023 zeigten, dass das kleinere und effizientere SiC-Motorantriebssystem herkömmliche siliziumbasierte Systeme ersetzen kann; die Ergebnisse wurden in den IEEE Transactions on Power Electronics veröffentlicht.

Transistoren, die Grundlage von Schaltkreisen, bestehen größtenteils aus Silizium, das beim Schalten Energie in Form von Wärme verliert. SiC-Transistoren hingegen schalten 1000-mal schneller als Siliziumtransistoren, was die Effizienz verbessert und kleinere und leichtere Bauteile wie Induktivitäten ermöglicht. Wie Chris Fanell, Erstautor der Studie, sagte: „Stellen Sie sich einen Rennwagenmotor vor, der Hunderte von Kilogramm wiegt; wie wäre es, etwas in der Hand zu halten, das dieselbe Leistung besitzt?“ Die UA Power Group ist führend in der SiC-Forschung und -Anwendung.

Die hohen Kosten von SiC haben seine Anwendung bisher jedoch eingeschränkt. Da die Produktionskosten aber kontinuierlich sinken und die geringe Größe der Komponenten die Gesamtsystemkosten reduziert, ist SiC ein vielversprechender Kandidat für zukünftige Anwendungen im Automobilsektor. Aktuell ist die Siliziumkarbid-Produktionstechnologie noch nicht ausgereift und kann Nanobauteile nicht wirtschaftlich und effizient herstellen. Im Herbst dieses Jahres wird die Power Group der University of Arizona ein Forschungs- und Fertigungslabor für Siliziumkarbid für mehrere Nutzer eröffnen, um die Forschung in diesem Bereich voranzutreiben und eine Brücke zwischen der Universität und Halbleiterherstellern zu schlagen.

In Flugzeugprojekten bieten die von der UA Power Group entwickelten Siliziumkarbid-Wechselrichter erhebliche Vorteile. Bei kleinen Flugzeugen spart die Miniaturisierung Platz, und das geringere Gewicht reduziert den Energieverbrauch. Elektrische Systeme in Flugzeugen stehen vor zahlreichen Herausforderungen, wie der Beständigkeit gegenüber Vibrationen und Stößen, erhöhten Teilentladungen aufgrund trockener Luft in großen Höhen und elektromagnetischen Störungen durch die hohe Schaltgeschwindigkeit von Siliziumkarbid. Der erfolgreiche Testflug der Cessna 337 beweist, dass das Team diese Schwierigkeiten überwunden hat. Die Forschungsgruppe für Energietechnik der University of Arizona ist überzeugt, dass Feldtests von großem Nutzen sind und die Studierenden dadurch wertvolle Erfahrungen sammeln konnten.

Weitere Informationen: Chris Farnell et al., „Development, Integration, and Flight Testing of Silicon Carbide Propulsion Drives for Hybrid Aerospace Applications“, IEEE Transactions on Power Electronics (2025).